随着社会的不断进步，人们的环境保护意识不断增加，国家对环境治理的要求也不断提高，环境治理资金的投入也逐年递增，毕竟只有对环境进行有效的治理，才能更好造福子孙后代。众所周知，人们的生产、生活与水密切相关，所以对水的处理显得尤为重要。在对废水处理过程中，其基本方法有物理方法、化学方法和生物方法，其中物理方法中的絮凝沉淀就是一种很常用的手段。

   铁盐是工业上常用的水处理絮凝剂。向污水中投加铁盐后，Fe3+会和水中的氢氧根离子结合，生成微溶于水的氢氧化铁胶体，而形成的氢氧化铁胶体可以对污水中的悬浮固体颗粒进行吸附。同时形成的氢氧化铁胶体具有良好的絮凝效果，能形成大的絮体沉淀，从而达到废水处理的效果。

   本文对三氯化铁絮凝剂，分别从反应pH值、三氯化铁投加量、搅拌时间、静置沉淀时间等方面进行试验，对废水中磷、铜、镍的去除效果进行验证，对废水处理具有较好的研究价值和意义。

1、材料与方法

1.1 试剂和仪器

   无水三氯化铁、磷酸二氢钾、硝酸铜、硝酸镍、抗坏血酸、钼酸铵、酒石酸锑钾、盐酸、硫酸、氢氧化钠：分析纯。90-3型双向定时恒温磁力搅拌器，TU-1810D紫外可见分光光度计；TAS-990SuperF原子吸收分光光度计；HQ30d便携式pH计。

1.2 分析方法

   pH值采用哈希便携式pH计测定；正磷酸盐采用GB11893-1989《水质正磷酸的测定钼酸铵分光光度法》测定；铜采用GB7475-1987《水质铜、锌、铅、铬的测定原子吸收分光光度法》测定；镍采用GB11912-1989《水质镍的测定火焰原子吸收分光光度法》测定。

1.3 试验水样

   含磷模拟水样：pH值=5，PO43-—P浓度为50mg/L；

   含铜模拟水样：pH值=4，Cu2+浓度为40mg/L；

   含镍模拟水样：pH值=4，Ni2+浓度为40mg/L；

   实际环境水样：某化工园区污水厂调节池废水，pH值=5.1，COD=1.03×103mg/L，磷酸盐=45.3mg/L，Cu2+=36.6mg/L，Ni2+=38.7mg/L。

1.4 实验方法

1.4.1 pH值验证

   分别于8个烧杯中加入500mL含磷模拟水样，调节初始pH值分别为3、4、5、6、7、8、9、10，投加过量三氯化铁，搅拌30分钟，静置沉淀1h后，取上清液检测PO43-—P含量，确定最佳反应pH值范围。

   分别于8个烧杯中加入500mL含铜模拟水样，调节初始pH值分别为4、5、6、7、8、9、10、11，投加过量三氯化铁，搅拌30分钟，静置沉淀1h后，取上清液检测Cu2+含量，确定最佳反应pH值范围。

   分别于8个烧杯中加入500mL含镍模拟水样，调节初始pH值分别为4、5、6、7、8、9、10、11，投加过量三氯化铁，搅拌30分钟，静置沉淀1h后，取上清液检测Ni2+含量，确定最佳反应pH值范围。

1.4.2 三氯化铁投加量验证

   分别于8个烧杯中加入500mL含磷模拟水样，调节初始pH值控制在最佳范围，投加三氯化铁量分别是反应理论值的1.0倍、1.5倍、2.0倍、2.5倍、3.0倍、3.5倍、4.0倍、4.5倍，搅拌30分钟，静置沉淀1h后，取上清液检测PO43-—P含量，确定三氯化铁最优投加量。

   分别于8个烧杯中加入500mL含铜模拟水样，调节pH值控制在最佳范围，投加三氯化铁量分别是0mg/L、10mg/L、20mg/L、30mg/L、40mg/L、50mg/L、60mg/L、70mg/L，搅拌30分钟，静置沉淀1h后，取上清液检测Cu2+含量，确定三氯化铁最优投加量。

   分别于8个烧杯中加入500mL含镍模拟水样，调节pH值控制在最佳范围，投加三氯化铁量分别是0mg/L、10mg/L、20mg/L、30mg/L、40mg/L、50mg/L、60mg/L、70mg/L，搅拌30分钟，静置沉淀1h后，取上清液检测Ni2+含量，确定三氯化铁最优投加量。

1.4.3 搅拌时间实验

   分别于8个烧杯中加入500mL含磷模拟水样，调节初始pH值控制在最佳范围，投加最优量的三氯化铁，分别搅拌5min、10min、15min、20min、25min、30min、35min、40min，静置沉淀1h后，取上清液检测PO43-—P含量，确定最佳搅拌时间。

   分别于8个烧杯中加入500mL含铜模拟水样，调节pH值控制在最佳范围，投加最优量的三氯化铁，分别搅拌5min、10min、15min、20min、25min、30min、35min、40min，静置沉淀1h后，取上清液检测Cu2+含量，确定最佳搅拌时间。

   分别于8个烧杯中加入500mL含镍模拟水样，调节pH值控制在最佳范围，投加最优量的三氯化铁，分别搅拌5min、10min、15min、20min、25min、30min、35min、40min，静置沉淀1h后，取上清液检测Ni2+含量，确定最佳搅拌时间。

1.4.4 静置沉淀实验

   分别于8个烧杯中加入500mL含磷模拟水样，调节初始pH值控制在最佳范围，投加最优量的三氯化铁，搅拌最佳时间后，分别静置沉淀5min、10min、20min、30min、40min、50min、60min、80min，取上清液检测PO43-—P含量，确定最佳沉淀时间。

   分别于8个烧杯中加入500mL含铜模拟水样，调节pH值控制在最佳范围，投加最优量的三氯化铁，搅拌最佳时间后，分别静置沉淀5min、10min、20min、30min、40min、50min、60min、80min，取上清液检测Cu2+含量，确定最佳沉淀时间。

   分别于8个烧杯中加入500mL含镍模拟水样，调节pH值控制在最佳范围，投加最优量的三氯化铁，搅拌最佳时间后，分别静置沉淀5min、10min、20min、30min、40min、50min、60min、80min，取上清液检测Ni2+含量，确定最佳沉淀时间。

2、实验结果与分析

2.1 最佳pH值的确定

   每种混凝剂都有不同的pH适宜范围。即使使用同一种絮凝剂，在不同的反应pH值下，其絮凝的效果也是各不相同。

2.1.1 含磷模拟水

   在除磷过程中，三氯化铁中Fe3+除了可以跟磷酸盐生成磷酸铁和磷酸亚铁沉淀以外，还可以发生强烈水解，并在水解的同时发生各种聚合反应，生成具有较长线性结构的多核羟基络合物，如Fe2(OH)24+、Fe5(OH)87+、Fe7(OH)129+、Fe9(OH)207+、Fe12(OH)342+等。在不同的pH值下，磷酸盐在水中存在的形式也会随之变化。通过调节不同pH值，筛选出反应最佳条件，具体见图1。由图1可知，在投加过量三氯化铁后，随着pH值不断增加，磷的去除效果也逐渐递增；当pH值在5~6的条件下，磷的去除效果要最佳；随后随着pH值增加，磷的去除效果逐渐降低。

2.1.2 含铜模拟水

   通过调节不同pH值，筛选出铜的去除效果的最佳值，具体见图2。由图2可知，对于含铜模拟水，其去除效果随着pH值的升高而不断增大。当pH值大于10时，对铜的去除率达到最大，絮凝效果最好。随后随着pH值逐渐升高时，对铜的去除率变化不大。

2.1.3 含镍模拟

   通过调节不同pH值，筛选镍的去除效果的最佳值，具体见图3。由图3可知，对于含镍模拟水，其去除效果与含铜模拟水接近，均是随着pH值升高而增大。当pH值大于10时，对镍的去除率达到最大，絮凝效果最好。随后随着pH值逐渐升高时，对铜的去除率变化不大。

2.2 最佳三氯化铁投加量的确定

2.2.1 含磷模拟水

   根据优选后的pH值，进行三氯化铁投加量实验。调节含磷模拟水的pH值为5~6，投加不同比例的三氯化铁，水中磷的去除效果见图4所示。从图4可见，磷酸盐的去除效果随着投加量的增加而增加，当CFe/CP的比值在3.0的时候达到最大；继续增加三氯化铁的投加量，磷的去除效果反而有所下降。

2.2.2 含铜模拟水

   根据优选后的pH值，进行三氯化铁投加量实验。调节含铜模拟水pH值为10，投加不同量的三氯化铁，水中铜去除结果见图5所示。从图5可见，铜的去除效果随着投加量的增加而增加，当三氯化铁的投加量为40mg/L的时候，铜的去除率高达97%，后面继续增加三氯化铁的投加量，铜的去除效果变化不大。结合经济效果考虑，选择含铜模拟水试验中三氯化铁的最佳投加量为40mg/L。

2.2.3 含镍模拟水

   含镍模拟水进行三氯化铁投加量优选试验中，镍的去除效果情况与含铜模拟水比较相似，具体去除效果见图6。综合去除效果及经济效益等因素，选择含镍模拟水试验中三氯化铁的最佳投加量为40mg/L。

2.3 最佳搅拌时间的确定

2.3.1 含磷模拟水

   调节含磷模拟水pH值为5~6，投加比例量为3的三氯化铁，搅拌不同时间后水中磷去除结果见图7所示。由图7可知，去除效果随搅拌时间增加而增加，当搅拌20min后处理效果最好。继续增加搅拌时间，去除效果降低，是由于长时间搅拌破坏了絮体造成。

2.3.2 含铜模拟水

   调节含铜模拟水pH值为10，投加40mg/L的三氯化铁，搅拌不同时间后水中铜去除效果见图8所示。由图8可知，去除效果随搅拌时间增加而增加，当搅拌10min后处理效果最好。

2.3.3 含镍模拟水

   含镍模拟水进行搅拌时间优选试验，镍的去除效果情况与含铜模拟水效果比较相近，具体去除效果见图8。从图8可以看出，同样在搅拌10min后镍的去除效果最好。

2.4 最佳静置沉淀时间的确定

2.4.1 含磷模拟水

   调节含磷模拟水pH值为5~6，投加比例量为3的三氯化铁，搅拌20min后，观察不同静置沉淀时间的磷去除效果，具体见图9。从图9可以看出，随着静置时间的不断增长，磷的去除效果也逐渐增高。但当静置沉淀时间超过60min后，磷的去除效果变化不明显。综合磷的去除效果、运行成本、项目投资等因素考虑，选择最佳静置沉淀时间为60min。

2.4.2 含铜模拟水

   调节含铜模拟水pH值为10，投加40mg/L的三氯化铁，搅拌10min后，观察不同置沉淀时间的铜去除效果，具体见图10。从图10可以看出，随着静置沉淀时间的不断增长，铜的去除效果也逐渐增高。当静置沉淀时间超过60min后，其去除效果无变化。

2.4.3 含镍模拟水

   调节含铜模拟水pH值为10，投加40mg/L的三氯化铁，搅拌10min后，观察不同置沉淀时间的铜去除效果，具体见图11。从图11可以看出，含镍模拟水中镍的去除效果规律与含铜模拟水相似，在静置沉淀时间为60min时达到最大，后面随时间增加，去除效果无变化。

2.5 实际废水的絮凝沉淀实验

   采用优化的条件对实际环境水样进行三氯化铁絮凝实验，结果如表1。从表1中可以看出，在实验条件下，三氯化铁絮凝剂对废水中的磷酸盐、铜和镍的去除率分别为98.1%、98.4%和98.3%。

3、小结

   (1)采用三氯化铁来絮凝沉淀含磷模拟废水时，当pH值为5~6，投加量为理论值3倍，搅拌时间20min，静置沉淀1h后能达到最好的处理效果；

   (2)采用三氯化铁来絮凝沉淀含铜模拟废水时，当pH值为10，投加量为40mg/L，搅拌时间10min，静置沉淀1h后能达到最好的处理效果；

   (3)采用三氯化铁来絮凝沉淀含重金属模拟废水时，当pH值为10，投加量为40mg/L，搅拌时间10min，静置沉淀1h后能达到最好的处理效果。